| Schutzansprüche 1) Anordnung mit zwei oder mehr Platten aus Naturstein, Kunststein, Beton, Keramik, glashatigem Material, gebranntem Steingut oder von verflüssigtem Stein oder Magma hergestelltem Steingut - im folgenden Steingut genannt - welche großflächig einseitig oder beidseits oder vollständig umhüllend mit Hilfe von Harzen mit einem hinreichend zugstabilen Trägermaterial auf Faserbasis, im folgenden Träger genannt, beschichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr einseitig oder beidseitig mit dem Träger beschichtete Steingut-Platten so geformt sind, dass sie, mit Hilfe geeigneter Verbindungsmittel kraftschlüssig und formschlüssig dreidimensional zusammengesetzt, eine Brückenform ergeben. 2) Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix des Trägers eine Epoxidharz-, Polyesterharz-, Phenolharz-, Polyimidharz-, Cyanatesterharz-, Melaminharz-, Polyurethanharz- oder Silikonharzbasis, eine thermoplastische Harzbasis hat oder aus einem beim Aushärten gezielt schrumpfenden Harz besteht. 3) Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägers Faser-Material wie Carbonfasern, Aramidfasern, Steinfasern, Basaltfasern, Pflanzenfasern wie Hanf- und Flachsfasern, Glasfasern, carbonisierten Pflanzenfasern, zugstabilen Geweben oder einem Gemisch dieser Fasern in unterschiedlichen Schichten in unterschiedlicher Reihenfolge enthält. 4) Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der in Anspruch 1 beschriebene Träger einen ähnlichen Ausdehungskoeffizienten besitzt, wie das zu tragende Steingut. 5) Anordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der in Anspruch 1 beschriebene Träger einen annähernd gleichen Ausdehungskoeffizienten besitzt, wie das zu tragende Steingut. 6) Anordnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der in Anspruch 1 beschriebene Träger einen gleichen Ausdehungskoeffizienten besitzt, wie das zu tragende Steingut. 7) Anordnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der in Anspruch 1 beschriebene Träger einen kleineren Ausdehungskoeffizienten besitzt, wie das zu tragende Steingut. 8) Anordnung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil bezüglich der Mischung von Fasertyp, deren Orientierung und Matrix so eingestellt wird, daß gezielt Vorspannungsrichtungen vorgegeben werden. 9) Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Träger-Schicht an der Unterseite und/oder Oberseite der fertigen Brücke zur Aufnahme von Zugkräften grossflächig aufgebracht ist. |
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den Bau von Brücken, kleinen Brücken, wie Fussgängerbrücken und auch grossen Autobahn- und Eisenbahnbrücken aus faserstabilisiertem Naturstein, Lavastein, Kunststein, Beton und sonstigem Steingut, sowie Keramik bis hin zu glashaltigem Material oder verflüssigtem Steinmaterial oder direkt aus flüssiger Magma gewonnenem Steinmaterial - welches sich besonders durch eine hohe Druckstabilität und Druckfestigkeit und geringe C0 2 - Emissionen bei der Herstellung auszeichnet und im folgenden Steingut genannt wird. Zum Einsatz kommt das Steingut als Plattenware, die mit Fasermatrix ganzflächig einseitig oder beidseitig unter Verwendung von Kunstharzen beschichtet sind. Kern der Erfindung ist die Nutzung von solchen Steingut-Fasermatrix-Schichten von beschichteten Natursteinplatten im Brückenbau. Verwendet werden Steinplatten, die durch einseitige oder beidseitige Faser-Beschichtung unter Vorspannung stehen. Diese unter Vorspannung stehende Platten bekommen nach einem vorgeggebenen Muster eine zweisimenionale Form, wobei die jeweilige Form jeder einzelnen Platte mit Hilfe von Wasserstrahl nach diesem Muster geschnitten und dann die Formen vor Ort auf der Baustelle verklebt werden. Das Verbinden der Steingutschichten für die Erzeeugung der jeweils benötigten Geometrie der Brücke erfolgt zum Beispiel mit für den Bau zugelassenen kalten Epoxid-Klebverbindungen oder alternetiv in einem mit Heissluft gefüllten Kunststoff-Schlauch auch warm. Bessonders leicht und material-effizient werden solche Brücken, wenn Sie als Bogenbrücke ausgeführt werden. Die Vorspannung der einzelnen Platten, falls notwendig, kann durch die Verwendung von schrumpfender Matrix bzw. Gewebematrix oder durch Vor-Biegen der Platten bei der Beschichtung erzeugt werden. Dadurch wird das im folgenden Steingut genannte zu stabilisierende steinhaltige oder steinartige Material auf umweltfreundliche Weise so nachhaltig vorgespannt, dass eine möglichst
BESTÄTIGUNGSKOPIE hohe interne Flexibilität des Steingutes in der Brücke entsteht. Damit können interne Spannung, die zum Beispiel durch lokale Erwärmung oder mechanische Belastung entstehen, gezielt aufgebaut, abgefangen und auch abgebaut werden. So entstehenden Brücken-Bauteile, die vor Ort durch Klebungen mit gängigen Bauklebern aus Kunstharz zusammengesetzt werden, womit C0 2 -intensive Stahl-Beton-Bauteile und Bauweise durch modular vorgefertigte Teile ersetzen werden, die insbesondere wegen des hohen Energieaufwandes bei deren Herstellung und wegen des damit verbundenen hohen C0 2 -Ausstosses mehr und mehr bedenkliche klimafeindliche Nebenwirkungen haben. Diese klimafeindlichen Materialien können nunmehr durch einfache Stein-Materialien, deren Herstellung mit wesentlich weniger C0 2 -Ausstoss einhergeht, ersetzt werden. Der Stein muss dafür nur in Scheiben geschnitten, mit Fasern beschichtet und zusammengeklebt werden. Diese Verfahren bedeuten zwar auch den Einsatz von Energie, aber deutlich weniger, insbesondere dann, wenn zum Beispiel C0 2 -bindende Materialien wie Pflanzenfasern zum Einsatz kommen. Naturstein kommt auf dem Planet Erde in unbegrenzten Mengen in fast jedem Land vor, Geologen schätzen, dass ca. 60% der Erdkruste aus Hartgestein - wie Granit - besteht, es sind insbesondere die Hartgesteine, die sich am besten zur Erzeugung einer Vorspannung mit Fasern eignen. Vewendbar sind jedoch auch Formteile aus Beton, die zum Beispiel mit neuartigen Verfahren C0 2 -arm und sogar C0 2 -bindend hergestellt werden. Der Vorteil des Natursteins liegt aber in seiner Eigenschaft begründet, dass er in Relation zu seiner Druckstabilität von 200 - 300 MPa ein relativ geringes Gewicht von 2,8 g/cm 3 , etwa gleich dem von Alumnium hat. Mit der hier vorgestellten Erfindung wird es möglich nicht nur dünne, somit leichte, und flexible Brücken zu bauen, sondern auch beliebig große Brücken komplett aus Stein. Das hat viel technische Vorteile, was die Verwitterung betrifft, unter anderem auch optische Vorzüge. Bezüglich des zu verwendenden Steinguts sind besonders Natursteine wie Basalt und Granit, granitähnliche Hart-Gesteine zu nennen, aber auch Marmor, Kalkstein, Schiefer und wie bereits ausgeführt auch Beton verwendbar, insbesondere, wenn man Materialien mischt, können innere Schichten aus Beton und die äusseren Schicht aus Naturstein sein.
Das alle Steingut-Materialien wenig Zugstabilität besitzen, müssen Sie mit einer Schicht oder Hülle aus Fasermaterial vorverstärkt werden, so wie zum Beispiel in der EP 106 20 92 beschrieben. Darüber hinaus werden Sie aber für die vorliegende Anwendungen durch gezielte Biegung vorgespannt, um diese Vorspannung auf das Äussere und in das Innere eines entsteheden Schicht-Steinblockes zu bringen, indem beim Verkleben die Platten wieder geragegebogen werden und diese Biegespannung im Bauwerk ständig präsent ist, was zu einem wichtigen Element bei der hier vorgelegten Erfindung wird.
Neu für denBau von Brücken ist somit die Verwendung der Technik, Steinteile mit Fasermaterial vorzuspannen und in Schichten zu Blöcken zusammenzusetzen. Das fertige Brücken-Bauteil ist so zusammengesetzt, dass es je nach Notwendigkeit nach diesem Prozess in x-, y- und z- Richtung vorgespannt und am Ende des Prozesses mit einer genau berechenbaren inneren Vorspannung versehen ist.
Als Faser für das Gewebe koennen Pflanzenfasern zum Einsatz kommen, die direkt aus pflanzlichen Grundstoffen gewonnen werden, andererseits kann es für Anwendungen, die eine sehr zugstabile Stabilisierung des Steins notwendig machen, Sinn machen Carbonfasern, Aramidfasern, Glasfasern oder carbonisierte pflanzliche Grundstoffe zu verwenden.
Die vorliegende Erfindung bedient sich auch auf die bei Naturstein entdeckte Eigenschaft durch Druck im Volumen änderbar zu sein. Dies ist eine wissenschaftlich gesehen neue Erkenntnis, die dazu fuhrt, dass man den Stein in weiten Grnezen biegen kann, ohne ihn zu zu zerstören, wenn er faserstabilisiert vorgespannt wird und dass man den Stein auch punktuell innerhalb der drei Raumdimensionen erwärmen kann, ohne ihn dadurch zu zerstören. Diese Eigenschaft ist Voraussetzung für den Kern dieser Erfindung, Naturstein wird biegsam, ohne durch die Biegkräfte zerstört zu werden. Das wurde mit Hilfe von Biegedauerlasttests nachgewiesen, wobei nach 1 Million Lastwechsel kein messbarer Steifgigkeitsverlust auftrat. Insbesondere Granit ist bei ausreichender Vorspannung durch Biegung nicht ermüdbar, eine spannende Erkenntnis im Laufe der Entwicklungen, aus diesem Material Brücken zu bauen.
Die vorliegende Erfindung schlägt somit einen umweltfreundlichen neuen Weg vor, um aus Basis-Material in Blockform Bauteile für Bauteile zu erstellen und vor Ort zu einer ganzen Brücke zusammenzusetzen, die das spezifische Gewicht von Aluminium hat - Granit hat je nach Sorte ein spezifisches Gewicht zwischen 2.6 und 2.9 g/cm 3 , Aluminium hat 2.7 g/cm 3 - und bei gleichem Gewicht eine höhere Stabilität als Brücken aus Stahlbeton oder Stahl, da der Stein eine Druckstabilität von 200 - 300 Mpa besitzt, die in die Nähe von Baustahl mit 370 MPa bei einem fast 3 -mal geringeren Gewicht kommt. Das bedeutet im Umkehrschluss, dass man Brücken mit der hier vorgeschlagenen Methode deutlich leichter und philigraner bauen kann, bei geringerem Energieverbrauch und C0 2 - Emissionen wie bisher. Diesbezüglich sind Faktoren berechnet worden, die um einen Faktor 2 günstiger sind, als bei Brücken aus herkömmlichen Baumaterialien.
Naturstein entwickelt auf diese Weise stabilisiert zudem unerreicht gute Dämpfungseigenschaften. Das fertige Bauwerk ist zudem extrem Erdbeben-sicher. Gelingt es auf umweltfreundliche weise Stein vor Bruch zu schützen und als Baumaterial einzusetzen, hat man ein Basis-Material für den Brückenbau gewonnen, welches umweltfreundlich hergestellt werden kann und in der Regel in Summe wesentlich kompakter und homogener strukturiert ist, als bisher.
Will man den ganzen Block weiter vorspannen, wird eine mechanische Vorspannung an der Unterseite der Brücke durch Applikation einer durchgehenden Faserschicht erreicht. Das gleiche kann an der Oberseite der Brücke erfolgen. Dadurch wird erreicht, dass das fertige Bauteil zum Schluss ganzumhüllend mit Fasern eingepackt ist. Der Stein kann bei diesem Vorgang durch natürliches Schrumpfen des Harzes zusätzlich vorgespannt werden. DasBiegen des Steins funktioniert deshalb, weil sich die Kristallgrenzen im Stein reversibel verschieben lassen und somit die Porosität im Stein mit den winzigen Hohlräumen nutzen lassen, um den Steinblock im Volumen zu ändern, zu komprimieren. Die Hohlräume im Steingefüge bieten je nach Steinsorte bis zu 1 Volumenprozent Platz, den das Steinmaterial bei der durch die Faservorspannung erzwungenen Volumenänderung findet, um sich im Volumen zu verkleinern. Solche Bauteile können sogar so vorgespannt werden, dass der Block nach aussen hin keine Ausdehung bei Temperaturanstieg erfährt.Der große Vorteil der Verwenung von Stein im Bau ist, dass er 2-fach geringe Ausdehung hat wie Stahl.
Wichtig ist, dass die Vorspannung bei wechselnden Tempertauren immer erhalten bleibt. Aus diesem Grund muss der Ausdehungkoeffizinet des Trägermaterials, bestehend aus Matrix und Faser, welches die Vorspannung erzeugt, immer kleiner oder mindestns gleich sein, wie das vorzuspannende Steingutmaterial.
Mit Hilfe des Einsatzes von schrumpfenden Epoxidharzen, Polyesterharzen, Harzen auf Phenol-, Polyimid-, Cyanatester-, Melamin-, Polyurethan- oder Silikonbasis, genannt Matrix, in Kombination mit beliebigen zugstabilen Trägermaterialien, wird eine gezielte Zug- Stabilisierung von Stein oder für Wärmebelastung und mechanische Belastung möglich. Eine der vielen möglichen Ausführungen der Erfindung beschreibt in Abb. 1 mehrere, in - aus zweidimensionaler Sicht - unterschiedlichen Geometrien und unterschiedlicher Länge ausgeführten Platten aus Granit (2), die in der Seitenansicht in Längrichtung zusammengesetzt sind und in Summe eine Brückenform (2) ergeben, bestehend aus Naturstein, die erst einseitig mit Hilfe von Fasermatrix vorgespannt beschichtet, nach Zusammenfügen durch Kleben im Verbund eben sind und bei Draufsicht eine n-fache Breite der einzelnen Schichten ergeben, je nachdem wie viele Schichten horizontal zusammengefügt werden, in diesem Fall ist n=5.
Die Verbindung der vorgespannten Platten zur endgültigen Brückenform erfolgt kalt vor Ort z. B. mit einem gängigen Epoxyd-Harz basierten Baukleber. Nach Aushärtung des Harzes ist das Gesamtgefüge durch die beschichteten Steinseiten in der Mittelschicht und an den Aussenwangen vorgespannt. Diese Vorspannung wirkt bis in die Oberfläche des gesamten Bauteile. Zusätzlich ist die Brücke an der Unterseite und Oberseite mit einer Faserschicht beschichtet. Auf diese Oberflächen können zusätzlich entsprechende Schutzschichten aus faserstabilisierten Steinplatten auf der Unterseite aufgebracht werden, Fahrbahnbeläge und andere Auflagen, die im Brückenbau notwendig sind, auf der Oberseite.
Next Patent: SIM CARD AND EMERGENCY CALL MODULE